单线铁路风积沙地层隧道开挖施工技术.pdf

单线铁路风积沙地层隧道开挖施工技术单线铁路风积沙地层隧道开挖施工技术1前言1前言沙漠在我国东北、华北、西北等地分布广泛。近年来，随着我国基础设施建设的大力发展，尤其是“一带一路”国家发展战咯的提出，沙漠区或近沙漠区工程建设数量越来越多。风积沙的工程地质水文地质也给工程顺利建设造成诸多技术难题。风积沙具有无粘性、粘聚力小甚至无粘聚力、抗剪强度低、透水性好、颗粒较细、含水量少、保水性差、毛细不发达等特点，在外力作用下极易松散和位移，导致围岩稳定性极差。因此，风积沙隧道施工过程中，面临着围岩自稳能力差、开挖后围岩失稳较快等风险。又因围岩承载力较低，跟进的初期支护沉降变形速率快，施工开挖存在很大安全隐患，加大了隧道支护难度，施工进度极慢。xx集团xx有限公司结合长距离全断面穿越风积沙地层隧道修建关键技术科研项目的实施，对穿越粉细风积沙地层隧道支护和洞身开挖关键技术开展了研究，依托xx铁路xx一号隧道和xx二号隧道，采取了水平旋喷桩+管棚+含水量调节+三台阶加临时横撑开挖工法施工，并开发了发明专利“一种提高风积沙地层隧道洞身开挖稳定性的方法 ZL202010113921.4”，提高了超前支护质量，保证了开挖施工安全，取得了良好的经济效益、社会效益和节能环保效益。通过对科研成果和施工工艺、技术的总结归纳，形成本工法。2工法特点2工法特点2.1 隧道风积沙地层范围采用水平旋喷桩+拱部管棚进行超前预加固支护，有效止水防止漏沙及砂体坍塌，限制地层及地表变形，并通过掌子面稳固桩、调整掌子面风积沙含水量和掌子面喷混凝土封闭等技术措施，地层稳定性得到加强和提高。2.2 在超前预加固支护的保护下，采用三台阶加临时横撑开挖法有效。2.3 采用水平旋喷桩+管棚+临时横撑分部开挖措施，辅以含水量控制，保证了隧道开挖施工和支护结构的安全，实现了风积沙隧道的安全、快速施工。3适用范围3适用范围本工法适用于拱部及中上部为风积沙地层、仰拱为基岩的单线铁路隧道开挖施工，也可用于公路及双线铁路隧道风积沙地层段开挖施工。4工艺原理4工艺原理4.1 采用水平旋喷桩+管棚+含水量调节+三台阶加临时横撑开挖加强围岩稳定、控制变形。通过高压喷射流对土体的破坏、搅拌和浆液与土体之间的固化，形成一定直径的旋喷桩，环向相邻柱体之间相互咬合，在开挖面上方形成旋喷拱，并与管棚构成一个具有较好抗压弯性能的整体。4.2 通过调节含水量增强围岩的稳定性，保障开挖过程的安全。利用风积沙最小干密度时对应的含水量高风积沙颗粒之间的各种阻力，达到提高干燥风积沙地层稳定性的目的。4.3 采用三台阶加临时横撑法进行隧道开挖。每循环均需要施作临时支撑、预留核心土、对掌子面进行临时封闭，以确保地层稳固。5 5工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点5.15.1施工工艺流程图施工工艺流程图图图 5-15-1风积沙隧道开挖施工工艺流程图风积沙隧道开挖施工工艺流程图5.25.2操作要点操作要点5.2.15.2.1 施工准备施工准备1测量放线。依据施工工艺要求，测量组依据测量控制网进行水平旋喷桩桩位进行测量定点，并采用红油漆标注。桩位采用全站仪精确定点，桩位允许误差 5mm，并准确测量孔外插角。2掌子面封闭采用8（20cm*20cm）钢筋网和 C25 喷射砼，挂网封闭掌子面，网喷厚度为 30cm；同时平整场地，在掌子面后方设置泥浆沉淀池。3在风积沙段地表设置浆站及泵站，通过在已开挖段，在两端从地表各打设两个孔进入隧道内，将水泥浆液送至作业面，同时安装通信联络线。4工艺性试桩。按照设计进行成桩工艺性试验，在风积沙段地表施工 4 根工艺试验桩。以复核地质资料以及设备、工艺、是否适宜，开挖检查固结体尺寸及连续性，验证喷射注浆方法对地层的适应性和可靠性；取样制作标准试件进行各种力学物理性能试验，验证试验结果是否与理论配合比一致；最终通过试喷结果合理选择喷射技术参数，并报监理单位确认后，进行大面积施工。5.2.25.2.2 中上台阶周边水平旋喷桩施工中上台阶周边水平旋喷桩施工水平旋喷桩每循环施工 15m，预留 5m 作为止浆岩盘，开挖完成 10m 后进行下一循环水平旋喷桩施工。1 1钻机就位。钻机就位。钻机作业平台平整完毕，钻机行驶到作业台平，接通风水电。2 2调整钻架角度调整钻架角度。按设计要求放线定孔位，误差不大于 2cm，并准确测量孔外插角，钻孔进行编号，摆动钻架至孔位，先调整与线路平行再调整外插角度。3 3钻机钻孔钻机钻孔。将钻机移动至掌子面准备好的施工平台处，根据测量孔位调整钻机位置，利用边施工准备中上台阶周边水平旋喷桩拱部管棚施工中上台阶开挖、初期支护下台阶周边水平旋喷桩及开挖、初期支护掌子面稳固桩掌子面喷混凝土封闭下一循环施工掌子面围岩含水量检测与调整工艺性试验桩墙两侧定位控制点精准定位钻杆位置。连接管路，检查注浆（水